Способ испытания полых изделий на герметичность при криогенных температурах

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИК 119) (И)(51)5 С 01 М 3/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ водами 6 7 для подвода хладоагента и отводящими 8 и 9. Полукамеры 4 ы к вакуумному насоателю 11, На трубопроыы запорно-регулнруюо та и теплодами убоп 5 по един е течеис тановл или 12 б испи су во х у вен ии на по ия полых из гермети,турах о азом. ость при криогенныхуществляется следующ мпе обтр еннь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 1224638, кл. С 01 М 3/02, 1983.(54) СПОСОБ ИСП 11 ТАНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙНА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ПРИ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ(57) Изобретение относится к испытательной технике и позволяет имитировать температурно-силовые условия экплуатации. С двух сторон испытуемойзоны изделия устанавливают камеры.Поочередно заполняя с максимальнойскоростью одну из полукамер хладаген Изобре,гние относится к испытательной технике и может использоваться для испытаний на герметичность элементов криогенно-вакуумных установок в условиях, имитирующих эксплуатационные температурно-силовые воздействия.Цель изобретения - повьппение надежности испытаний путем приближения температурно-силовых воздействий к эксплуатационным, а также повьппение достоверности путем исключения перегрузок изделий.На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа.Над испытуемым сварным соединением 1 изделия в виде части криволинейной стенки 2 с двух сторон устанавли. вают герметизированные уплотнения 3, полукамеры 4 и 5 с установл ми у том и одновременно откачивая вакуумным насосом другую, определяют герметичность испытуемой зоны в условиях циклических ударных тепловых воздейст вий при охлаждениях и отогревах. Начальную температуру выбирают из условия создания в испытуемом участке наибольпих напряжений не более 0,6 6 где 6 - предел текучести материалатэтого участка. Охлаждение с созданием теплового удара ведут до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента. Контроль герметич ности в процессе температурных воздей ствий выполняют с помощью течеискателя по хладагенту и теплоагенту, а окончательный контроль - по индикатор ному газу. 3 з.п. 5 в , 1 ил. рНад испытуемым сварным соединением изделия в виде части криволинейной стенки 2, например стыковым сварным соединением элемента внутреннего сосуда из листового проката для негаба ритного криогенного резервуара, низко-температурные испытания которого возможны только после сборки, герметич 1566241но устанавливают полукамеры 4 и 5. Через патрубок 6 с отводом через патрубок 8 в полукамеру 4, при необходимости, подают теплоаРент, например холодный газообразный азот, и охлажда 5 ют испытуемую зону соединения 1 до начальной температурыпосле чего дают выдержку для стабилизации температуры. Начальную температуру выбирают из условия получения при ударном тепловом воздействии охлаждением наибольших напряжений в слое материала стенки 2, например, на уровне (О,5-0,6)6, где 6 - предел текучести металла стенки испытуемой зоны. Одновременно вакуумным насосом 10 откачивают полость полукамеры 5. Затем через трубопроводы 6 и 8 с максимальной скоростью заполняют полукамеру 4 хлад- агентом, например жидким азотом, обеспечивая ударное тепловое воздействие на внешнюю сторону испытуемой эоны соединения 1, охлаждая ее до температуры ниже температуры кризиса пленоч ного кипения хладагента. Под тепловым ударом понимается изменение температуры изделия с такой скоростью, при которой в материале его стенки 2 возникают температурные напряжения, выэваннйе неравномерным распределением температуры по толщине стенки. Под температурой кризиса пленочного кипения понимается температура, при которой пленочное кипение жидкого хлад- агента переходит в пузырьковое, и при этом из-за улучшения теплоотдачи от охлаждаемой поверхности резко понижается ее; температура. Дня жидкого азота температура перехода обычно дости О гает 12 О К. Утечки хладагента в процессе охлаждения контролируют по течеискатепю 11. После выдеРжки для ста- билизации температуры проиводят отогрев испытуемой зоны, обеспечивая ударное тепловое воздействие на внешнюю сторону испытуемой зоны, отогревая ее до начальной температуры при подаче теплоагента, например горячего воздуха, в полукамеру 4 через трубопроводы 6 и 8 Начальную температуру выбирают по приведенным условиям. Утечки одной из компонент греющего воздуха в процессе отогрева, например азота, контролируют по течеискате-лю 11. Затем выполняют вторую половину цикла испытаний. Для этого дают выдержку для стабилизации температуры и откачивают полость полукамеры 4 вакуумным насосом 10, Затем через трубопроводы 7 и 9 с максимальной скоростью заполняют полукамеру 5 хлад- агентом, например жидким азотом, обеспечивая ударное тепловое воздействие на внутреннюю сторону испытуемой зоны соединения 1, охлаждая ее до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента, Утечки хладагента в процессе охлаждения контролируют по течеискателю 11.После выдержки для стабилизации температуры производят отогрев испытуемой зоны. Обеспечивая ударное тепловое воздействиена внутреннюю сторону испытуемой зоны, нагревают ее до начальной температуры при подаче теплоагента, например, горячего воздуха, в полукамеру 5 через патрубки 7 и 9. Начальную температуру выбирают по приведенным условиям. Утечки одноч из компонент греющего воздуха в,процессе отогрева, например азота, контролируют по течеискателю 11. Полные испытательные циклы повторяют необходимое число раз, например 5-107, от предполагаемого ресурса работы. Затем выполняют окончательный контроль герметичности испытуемой зоны соединения 1 по течеискателю 11 при заполнении индикаторным газом, например гелием, одной из полукамер, например полукамеры 5, с одновременной откачкой другой полукамеры, например 4, и дают заключение о годности испытуемой зоны,П р и м е р. Объект испытаний - ответственное стыковое соединение части обечайки (толщина 12 мм, материал сталь 12 х 18 Н 10 Т) внутреннего сосуда . криогенного резервуара, например, располагающееся в недоступном после сб",. ки месте. В этом случае температурнь;. деформации локально охлаждаемой зоны компенсируются изменением кривизны стенки и для того, чтобы создать температурные напряжения в слое металла необходимы испытания с созданием тепловых ударов, С обеих сторон испытуемой зоны устанавливают и герметизируют полукамеры 4 и 5, При необходимости подачей холодного газообразного азота в полукамеру 4, образующегося при заполнении жидким азотом подводящих магистралей, охлаждают испытуемую зону до начальной температуры 282- 288 К. Одновременно откачивают вакуумным насосом 1 О полость полукамеры 5,15 Ь 6241 скачка.Выдержка после достижения начальной температуры обеспечивает ее стабилизацию по толщине стенки испытуемой зоны.Односторонние температурные воздействия на стенку испытуемой зоныпри резких охлаждениях и отогревах,создающих тепловые удары, обеспечивают скачкообразные изменения температуры, в результате которых в стенкеобразуются односторонние растягивающие или сжимающие напряжения, достигающие своего максимума в поверхностных слоях материала (здесь они приближаются к 6 ) и быстро убывающиепо его толщине, Испытательные напряжения позволяют выявлять скрытые сквозные дефекты или инициировать образование новых в потенциально опасных местах, например зонах высоких остаточных сВарочных напряжений.Последовательно выполняемые двухсторонние температурные воздействияна стенку испытуемой зоны позволяютсоздать циклические растягивающие исжимающие напряжения, более равномерно нагружающие материал стенки с обеих ее сторон. Б результате полнееимитируются эксплуатационные температурно-силовые вбздействия на изделие, заполняемое хладагентом в сборе,при неравномерном охлаждении, и создаются условия для раскрытия и накопления изменений размеров сквозных деФектов по всей их длине,Температурные воздействия на внешнюю и внутреннюю поверхности стенкииспытуемой зоны, выполняемые последовательно, приводят к возникновениюнесимметричных полей температур и напряжений, вызывающих дополнительныеизгибные напряжения, что усиливает испытательное напряженное состояние.Охлажцение с созданием тепловогоудара на поверхностях испытуемой зоны,например нагружением ее в жидкий азот,создает в поверхностных слоях материа 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ла стенки двухосевое растяжение, позволяющее выявлять скрытые дефекты,а подводящую магистраль заполняютжидким азотом, Затем, открыв вентиль12, через трубопроводы 6 и 8 с максимальной скоростью заполняют полукамеру 4 жидким азотом, обеспечивая тепловой удар при охлаждении внешней стороны испытуемой зоны соединения 1.При этом в поверхностном слое металлав первые секунды охлаждения возникаетскачок растягивающих напряжений, достигающий 0,66 283 К, который в процессе охлаждения уменьшается до 0,36Тпри 230 К - 0,1 6 при 110 К. Последостижения температуры кризиса пленочного кипения (около 100 К) из-за повторного скачка температуры возникает более продолжительный скачок растягивающих напряжений, достигающихО,ЗЬ при 100 К на глубине до 3-4 мм,Продолжая охлаждение, доводят температуру испытуемой зоны до стабилизированного нижнего температурного уровня (около 80 К), достижение которогоконтролируют с помощью термопары илиобеспечивают временем охлаждения,идентичным тарировочным охлаждениями отогревам контрольных образцов,Утечки жидкого азота через дефекты испытуемой зоны в полость полукамеры 5контролируют по течеискателю 11, например массосйектрометрическому течеискателю ПТИ, доработанному с целью дополнительной регистрации потоков азота, При отогреве создают ударное тепловое воздействие на внешнююсторону испытуемой зоны, обдувая еегорячим воздухом при 373-400 К и расходе 50 - 70 дм мин см. Б первые секунды отогрева во внешнем поверхностном слое металла возникает скачок сжимающих напряжений до 0,36 при 80 К,затем уменьшающийся до 0,151 прит100 К, Отогрев ведут до начальнойтемпературы 283-288 К. Утечки азотагреющего воздуха в процессе отогреваконтролируют по течеискателю 11. Вторую половину цикла испытаний выполняют аналогично первой. При испытанияхвыполняют пять полных циклов температурных воздействий, после чего заполняют гелием полукамеру 5 с одновременной откачкой полукамеры 4 и на основании показаний течеискателя 11дают заключение о годности испытуемойзоны соединения 1,Доведение температуры изделия дозаданного начального уровня позволяетпри последующем охлаждении в режиме теплового удара создать в испытуемойзоне необходимое напряженное состояние, например (0,5-0,6)6 , которое зависит от создаваемого при резкомохлаждении скачка температуры, какразности начальной температуры и температуры перехода к плавному охлаждению после первого температурногонапример раскрывать трещины со сжатой полостью.Отогрев с созданием теплового удара на поверхностях испытуемой зоны, например обдувом горячим воздухом, создает в поверхностных слоях материала стенки двухосное сжатие, приводящее к скалыванию или пластическому дейормированию стенок сжатого участка 10 канала сквозного дефекта.Охлаждение стенки испытуемой эоны до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента (до 120 К для жидкого азота) позволя ет получать повторное, скачкообразное охлаждение поверхностных слоев материала стенки за счет резкого улучшения теплоотдачи от поверхности зоны при переходе от пленочного кипения хлад агента к пузырьковому. Процесс сопровождается повторным возрастанием растягиваощих напряжений в более глубоко расположенных слоях материала стенки, чем в первый момент охлаядения .Непрерывный контроль герметичности в процессе циклических испытательных температурных воздействий позволяет выявлять сквозные деФекты, раскрывающиеся лишь при действии температурных напряжений, например трещины со сжатой полостью или сквозные дефекты, перекрытые жидкими загрязнениями.35Использование в качестве индикаторного вещества жидкого азота и азота греющего воздуха позволяет контролировать герметичность в процессе температурных воздействий непосредствен но на испытуемую зону без применения специальных оболочек для удержания специального индикаторного вещества. что ооеспечивает высокую теплоотдачу ог поверхности изделия и повышает скорость его охлаждения.Использование гелия в качестве индикаторного вещества при окончательном контроле позволяет повысить достоверность определения герметичности испытуемой зоны по сравнению с контролем по хладагенту и теплоагенту,Применение двухсторонних темпера" турных воздействий на стенку испытуе 55 мой зоны с созданием тепловых ударов позволяет создавать циклическиерастягивающие и сжимающие напряжения,более равномерно нагружающие материалстенки с обеих ее сторон, что полнееимитирует температурно-силовые условия эксплуатации,Формула изобретения1. Способ испытания полых изделий на герметичность при криогенных температурах, по которому после создания начальной температуры изделия оказывают циклические ударные тепловые воздействия на внешнюю поверхность испытуемого участка изделия путем попеременного охлаждения ее хладагентом и отогрева теплоагентом при непрерывном контроле герметичности испытуемого участка и после окончания воздействий осуществляют окончательный контроль герметичности, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности путем приближения температурно-силовых воздействий к эксплуатационныммежду ударными тепловыми воздействиями на внешнюю поверхность Испытуемогоучастка оказывают аналогичные ударные тепловые воздействия на внутреннюю поверхность этого участка,2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности путем исключенияперегрузок, начальную температуру выбирают из условия создания при охлаждении хладагентом наибольших напряжений в испытуемом участке изделия неболее 0,66 , где 6 - предел текучести материала этого участка.3. Способ чо пп. 1 и 2, о т л и -ч а ю щ и й с л тем, что охлажпенп=во всех циклах осуществляют до температуры ниже температуры кризиса пленочного кипения хладагента,4. Способ по пп, 1 - 3, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что при использовании в качестве хладагента япщкогоазота, а в качестве теплоагента - нагретого воздуха, непрерывный контрольгерметичности осуществляют по азотуи только окончательный контрольпо индикаторному газу гелию.1566241 Тирал 443 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5